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內(nèi)置式機(jī)械手柔性加工單元的設(shè)計

所屬欄目:機(jī)械論文 發(fā)布日期:2021-03-15 10:05 熱度:

   國內(nèi)制造業(yè)生產(chǎn)自動化水平在逐步提高,數(shù)控機(jī)床的上下料由人工轉(zhuǎn)為機(jī)器自動化成為必然[1] 。柔性加工單元(FMC)可以看作是擴(kuò)大功能的鏜銑或車削加工中心。各種加工中心配上了自動裝卸工件、自動檢測裝置,就成了FMC[2] 。提高機(jī)床自動化可以減輕工人的勞動強(qiáng)度和更好地保證加工精度及其穩(wěn)定性[3] 。機(jī)床上下料裝置在提高機(jī)床的自動化程度和加工效率,降低人工成本方面發(fā)揮著重要作用[4] 。

內(nèi)置式機(jī)械手柔性加工單元的設(shè)計

  目前,柔性加工單元較為常見的上下料方式有桁架式機(jī)械手和關(guān)節(jié)式機(jī)械手兩種。這兩種方式一般是一臺或多臺車削加工中心配備一臺機(jī)械手,相對內(nèi)置式機(jī)械手的柔性單元結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、占地面積較大、制造成本較高。

  根據(jù)某用戶的需求,在某型車削加工中心的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種內(nèi)置式機(jī)械手柔性加工單元。設(shè)計了專用夾具,能夠自動檢測,實(shí)現(xiàn)精確定位。將原來的轉(zhuǎn)塔刀架改為排刀結(jié)構(gòu),且可根據(jù)需要在排刀板上安裝動力頭。加工單元配備內(nèi)置式機(jī)械手和振動料倉,該機(jī)械手采用氣動驅(qū)動,上下料一體化設(shè)計,可實(shí)現(xiàn)手動和自動兩種上下料方式。加工單元還具有自動檢測裝置,對于上料過程中產(chǎn)生的安裝位置不符合要求的毛坯件進(jìn)行自動檢測,自動上下料的時間控制在10秒鐘以內(nèi),與人工相比顯著提高了生產(chǎn)效率。

  1 工件工藝分析與夾具設(shè)計

  1.1 工藝分析以該加工單元上加工的一種工件的一道工序?yàn)槔M(jìn)行工藝分析。如圖1(a)所示為毛坯件圖,毛坯件直徑 φ31+0.1 、長度26mm。如圖1(b)所示,為工件圖。

  本工序加工的工步內(nèi)容:用夾具夾φ31+0.1 外圓,以φ28端面定位,車削φ31+0.1 右端面,加工余量為 1.5mm,外圓面倒角C1,內(nèi)孔倒角C0.2;車削φ7凸臺端面,加工余量為1mm,凸臺端面對基準(zhǔn)A垂直度為 0.03mm,加工部位表面粗糙均為Ra3.2。加工工序卡如表1所示。

  1.2 夾具設(shè)計夾具設(shè)計了定位面和自動檢測氣孔,實(shí)現(xiàn)精確定位和自動檢測的功能,如圖2所示。自動上料裝置可保證夾持毛坯件的端面與機(jī)床主軸垂直,垂直度不大于 0.02mm,可以保證毛坯件的定位面與夾具的定位面緊密接觸,由上料裝置與夾具共同保證工件的加工精度。

  2 柔性加工單元的設(shè)計

  2.1 主機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)床采用45°整體斜床身車,機(jī)床最大回轉(zhuǎn)直徑為 φ400,最大切削長度210mm,最大切削直徑為φ160,主電機(jī)功率為11Kw/7.5Kw(30min/連續(xù)),機(jī)床加工精度為IT6,主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

  為了便于上下料機(jī)構(gòu)的安裝,機(jī)床采用排刀結(jié)構(gòu)。排刀板上可安裝刀夾6套,其中:外圓刀夾正、反各一套,端面刀夾正、反各一套,鏜孔刀夾兩套,如圖4所示。用戶根據(jù)需要也可在排刀板上安裝動力頭。

  2.2 整體方案設(shè)計加工單元是在車削加工中心主機(jī)上配置上下料機(jī)構(gòu),如圖5所示。加工單元具有自動檢測裝置,對于上料過程中產(chǎn)生的安裝位置不符合要求的毛坯件進(jìn)行自動檢測,系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號,自動停止加工程序,解除故障后自動復(fù)位。機(jī)械手的動作和機(jī)床程序由I/O信號連接,實(shí)現(xiàn)上料→加工→下料等連續(xù)加工過程的自動化。上下料機(jī)構(gòu)主要由支架2、料倉3、料道4、閥島5、上料機(jī)械手7、下料機(jī)械手8、滑道9等組成。

  振動料倉3用支架2安裝在床身1的后側(cè),料倉的毛坯件容量為500件。毛坯件由料道4輸送至主軸夾具上方指定位置;由下料機(jī)械手8將工件從夾具上卸下,送至安裝在防護(hù)罩10上的滑道9將工件放入料箱;由上料機(jī)械手7抓取料道4出口的毛坯件并放入夾具內(nèi)。閥島5安裝在主軸箱6的上部,將電信號轉(zhuǎn)換成氣動力,實(shí)現(xiàn)氣缸動作。

  2.3 料倉與料道結(jié)構(gòu)設(shè)計自動料倉通過振動方式實(shí)現(xiàn)自動、有序供料。料倉有選料裝置,根據(jù)毛坯件的加工位置和裝夾方式來判斷毛坯件的開口方向,使毛坯件按照正確開口方向通過。用料道連接振動料倉與上料臂,實(shí)現(xiàn)逐個上料,如圖6 所示。

  工作過程:首先在料倉1中裝毛坯件;工作中通過3 號傳感器控制料倉給料,毛坯件進(jìn)入料道2后,被5號裝置擋住;當(dāng)系統(tǒng)要求送料時,4號裝置擋料,5號裝置松開,單個毛坯件即滾至出料口,然后5號裝置擋住,4號裝置松開,毛坯件依次下移,等待下次給料。

  3 結(jié)語

  內(nèi)置式機(jī)械手柔性加工單元在車削加工中心上加裝料倉、料道和氣動上下料機(jī)械手等機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)手動和自動兩種上下料方式。加工單元還具有自動檢測裝置,保證工件加工有序進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)加工過程的自動化。每個工件上下料時間10s,全部加工時間27s,其生產(chǎn)效率與人工相比得到顯著提高,滿足了用戶的需求。

  參考文獻(xiàn):

  [1] 魏春雨,安冬,鄧華波,等.一種機(jī)床上下料機(jī)械手的動力學(xué)仿真 [J].機(jī)床與液壓,2016,44(11):37-40,87。

  [2] 戴曙.金屬切削機(jī)床[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

  [3] 隋秀凜.髙安邦.實(shí)用機(jī)床設(shè)計手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

  [4] 文/中達(dá)電通股份有限公司. 臺達(dá)高效機(jī)床上下料解決方案助力提升車床加工自動化水平[J].國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù),2018(3):18-19.

  《內(nèi)置式機(jī)械手柔性加工單元的設(shè)計》來源:《制造業(yè)自動化》,作者:陳維范1 ,薛 丹2

文章標(biāo)題:內(nèi)置式機(jī)械手柔性加工單元的設(shè)計

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